ORIGINE DELLA VARIABILITA’ GENETICA

La variabilità genetica insorge e si diffonde all’interno delle popolazioni naturali con due meccanismi principali MUTAZIONI Cambiamento dell’informazione genetica MUTAZIONI PUNTIFORMI RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI RICOMBINAZIONE Formazione di nuove combinazioni di geni Riproduzione sessuata Crossing over

RICOMBINAZIONE & EVOLUZIONE Se un individuo ricevesse il proprio patrimonio genetico da uno solo dei suoi genitori, e se ciascun individuo trasmettesse interamente il proprio patrimonio genetico alla propria prole, allora la variabilità genetica di una popolazione (o di una specie) sarebbe generata soltanto dalle mutazioni Questo avviene soltanto negli organismi a riproduzione asessuata

RICOMBINAZIONE & EVOLUZIONE Con la riproduzione sessuata, invece, si formano nuove combinazioni alleliche grazie a: fusione di patrimoni genetici diversi (paterno e materno) crossing over segregazione indipendente dei cromosomi omologhi

tutti individui A1A2 B1B2 C1C2 D1D2 semplici conseguenze della riproduzione sessuata sulla variabilità genetica L’incrocio tra individui con genotipi diversi ma bassa eterozigosi produce una progenie molto omogenea A1A1 B1B1 C1C1 D1D1 x A2A2 B2B2 C2C2 D2D2  tutti individui A1A2 B1B2 C1C2 D1D2

RICOMBINAZIONE & EVOLUZIONE La ricombinazione, tuttavia, può essere un’arma a doppio taglio, poiché, oltre a creare nuove combinazioni alleliche vantaggiose, può anche distruggere quelle già ben adattate

LINKAGE DISEQUILIBRIUM Se due o più alleli a due o più loci sono associati più frequentemente di quanto può essere previsto dalle loro frequenze alleliche, allora questi loci si dicono in linkage disequilibrium Fenomeno dovuto alla presenza dei loci sullo stesso cromosoma Viene rotto dalla ricombinazione (crossing over)

VANTAGGI/SVANTAGGI EVOLUTIVI DELLA SESSUALITA’ RIPR. ASESSUATA economicità rapidità replicazione di combinazioni geniche ben adattate bassa variabilità genetica RIPR. SESSUATA aumento della variabilità genetica (fusione di patrimoni genetici diversi, ricombinazione) energeticamente più dispendiosa (produzione di gameti, necessità di trovare un partner) V SV

Individual nucleotides DNA in the Cell chromosome cell nucleus Double stranded DNA molecule Individual nucleotides Target Region for PCR

Definizione di variabilità genetica Presenza di sequenze geniche diverse tra gli individui all’interno di una stessa popolazione

Polimorfismi del DNA Variazioni interindividuali di specifici tratti di DNA che permettono di distinguere ciascun singolo individuo (tranne i gemelli monovulari).

Polimorfismi genici e polimorfismi del DNA: distinzione varianti all’interno di un gene che possono o meno modificare la funzionalità dello stesso Polimorfismi del DNA Varianti in regioni esterne ai geni, che non hanno mai un ruolo funzionale

Tutte le applicazioni della biologia molecolare utilizzate nella genetica forense sfruttano la possibilità di identificare con precisione le forme alternative di queste zone polimorfiche. Per identificare una traccia lasciata da un individuo non è necessario analizzare tutto il DNA, ma studiare solo alcune zone particolarmente variabili nella popolazione.

Polimorfismi Sequenza Mutazione Delezione Inserzione ATTTCGCCTAA ATTTCTCCTAA ATTTCCCTAA ATTTCGACCTAA Polimorfismi a singolo nucleotide (SNP)

S.N.P. (Single Nucleotide polymorphisms) Presenza di un cambio di una singola base in punti specifici del genoma Possono essere presenti in regioni non codificanti ma anche all’interno dei geni

Polimorfismo della lunghezza dei frammenti di restrizione Variazioni in una sequenza di DNA di singole basi capaci di creare o abolire siti di restrizione Presenti in migliaia di copie nel genoma ed evidenziabili con la tecnica del Southern Blot

RFLP (Restriction Fragments Lenght Polymorphisms)

Polimorfismi di lunghezza In queste zone del DNA, particolari sequenze delle basi ACGT vengono ripetute più volte determinando nelle varie forme alleliche, lunghezze variabili del tratto medesimo. A seconda della lunghezza della sequenza ripetuta sono ulteriormente suddivisi in:

Polimorfismi del DNA Variazioni interindividuali della composizione o della lunghezza di specifici tratti di DNA che permettono, tramite analisi molecolare, di distinguere ciascun singolo individuo (tranne i gemelli monovulari)

Satelliti da 1 a diverse migliaia di basi VNTR da 9 a 100 basi Microsatelliti o STR da 1 a sei basi La classificazione attuale, utilizza dei numeri che indicano il numero delle ripetizioni presenti in ogni forma allelica

(Variable Number of Tandem Repeats) VNTR (Variable Number of Tandem Repeats) Ripetizioni in tandem di 15-30 basi di DNA all’interno di specifici loci del genoma Un individuo sarà omozigote per uno specifico locus se i due alleli contengono lo stesso numero di ripetizioni, sarà eterozigote se, al contrario, il numero di ripetizioni nei due alleli è diverso Il numero di queste ripetizioni può variare da individuo a individuo, producendo dei frammenti di DNA di dimensioni diverse

Short Tandem Repeats (STRs) AATG 7 repeats 8 repeats the repeat region is variable between samples while the flanking regions where PCR primers bind are constant Homozygote = both alleles are the same length Heterozygote = alleles differ and can be resolved from one another

Short Tandem Repeats (STRs) Sono come delle impronte digitali Alto grado di polimorfismo ed alta capacità informativa Utilizzati nei paternity testing e nelle analisi forensi

Short Tandem Repeats (STRs) AATG 7 repeats 8 repeats the repeat region is variable between samples while the flanking regions where PCR primers bind are constant Homozygote = both alleles are the same length Heterozygote = alleles differ and can be resolved from one another

Principali applicazioni dei polimorfismi del DNA Medicina legale Paternity testing Identificazione di autori di reati Identificazione di vittime di reati o sinistri Trapianti di midollo osseo Analisi di linkage

esempio Il polimorfismo D12S391 (cr12). Ogni persona possiede una coppia di cr 12, uno ereditato dalla madre e uno dal padre. Su ognuno di questi cr si trova il D12. Sono stati identificati 13 alleli diversi designati dal numero 14 al 26 Ogni individuo sia uomo che donna avrà sui due cromosomi una di queste possibili forme o alleli Alcune combinazioni alleliche sono più frequenti

È possibile due individui o due tracce tra loro in base alla coppia di alleli del polimorfismo D12 che esse mostreranno in base all’analisi I classici sistemi gruppo-ematici (AB0 ed Rh) prevedono solo poche forme alternative

Sistema AB0 Nella popolazione italiana 40% gruppo A 11% gruppo B 4% gruppo AB 45% gruppo 0

La scelta degli STR per l’indagine forense è dovuta da: Marcatori che vengono ereditati dai genitori senza che subiscano variazioni (salvo eventi rari) Trattandosi di ripetizioni corte è molto più probabile travarli intatti su materilali biologici molto degradati o antichi È possibile analizzare più loci in contemporanea il che favorisce l’uso di sistemi automatici di analisi Sono altamente polimorfi presentando ogni STR un elevato numero di alleli

DNA mitocondriale Organuli citoplasmatici: mitocondri Doppia elica circolare (16.569 paia di basi) singola copia.Il contenuto di mtDNA per cellula è di circa 100 copie. L’analisi di questo DNA è molto sensibile e si può risalire ad un profilo anche da una singola cellula. Non sono noti STR ma in una regione d-loop sono presenti molti polimorfismi di sequenza.